JPWO2016047172A1 - 光送受信ユニット - Google Patents

Abstract

使用により内視鏡等が破損等した場合であっても、光接続部の防水が可能な光送受信ユニットを提供する。光送信ユニット１００は、光送受信モジュール２０と、光コネクタ３０と、一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなし、光コネクタ３０側から被せて光コネクタ３０と光送受信モジュール２０との光接続部を水密的に密閉する防水キャップ１０と、を備え、金属ケース２３は、異なる外径の複数の段部２３ａ〜２３ｇを有し、光接続部から最も近接する段部２３ａが、防水キャップ１０の内面と全周にわたって接触することを特徴とする。

Description

本発明は、防水性に優れた光送受信ユニットに関する。

従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、例えば先端に撮像素子が設けられ、可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、ケーブルおよびコネクタを介して挿入部に接続して撮像素子が撮像した体内画像の画像処理を行い、体内画像を表示装置に表示させる処理装置と、を備える。

近年、より鮮明な画像観察を可能とする高画素数の撮像素子が開発されており、内視鏡への高画素数の撮像素子の使用が検討されている。また、被検体への導入のしやすさを考慮し、挿入部の細径化が求められている。さらに、挿入部の細径化を実現しながら、撮像素子と処理装置との間で大容量の信号を高速に伝送するために、光ファイバを用いて信号を伝送する光送受信ユニットが内視鏡システムでも採用されている。

光ファイバを用いた光送受信ユニットにおいて、光ファイバの先端面に汚れが付着すると、光損失のおそれがあるため、光ファイバの先端面を清掃したり、汚れの付着を防止する光ファイバコネクタ用キャップが開示されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２０１０−１１７４４０号公報 特開２０１０−１１７４４３号公報

特許文献１および２の防水キャップは、内視鏡に組み込まれる前段階で、光ファイバの先端面の清掃や、汚れの付着の防止ができるものの、光コネクタが内視鏡等に組み込まれる際には取り外されるものであって、内視鏡の使用による破損等により体液や洗浄液が内視鏡内に流入したような場合に、光ファイバの先端部を含む光接続部の防水を図るものではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用により当該ユニットが組み込まれた装置が破損等した場合であっても、光接続部の防水が可能な光送受信ユニット、および内視鏡システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光送受信ユニットは、発光素子または受光素子と、前記発光素子または前記受光素子とを格納する金属ケースと、を有する光送受信モジュールと、光ファイバを保持するフェルールと、前記フェルールの一端に設けられるフランジ部と、を有し、前記フェルールが前記金属ケースのスリーブ内に挿通されることにより、前記光送受信モジュールに接続される光コネクタと、一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなし、前記光コネクタ側から被せて前記光コネクタと前記光送受信モジュールとの光接続部を水密的に密閉する防水キャップと、を備え、前記金属ケースは、異なる外径の複数の段部を有し、前記光接続部から最も近接する段部が、前記防水キャップの内面と全周にわたって接触することを特徴とする。

また、本発明にかかる光送受信ユニットは、上記発明において前記光接続部から最も近接する段部の外径は、他の段部の外径より大きく、かつ、前記防水キャップの内径より大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかる光送受信ユニットは、発光素子または受光素子と、前記発光素子または前記受光素子とを格納する金属ケースと、を有する光送受信モジュールと、光ファイバを保持するフェルールと、前記フェルールの一端に設けられるフランジ部と、を有し、前記フェルールが前記金属ケースのスリーブ内に挿通されることにより、前記光送受信モジュールに接続される光コネクタと、一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなし、前記光コネクタ側から被せて前記光コネクタと前記光送受信モジュールとの光接続部を水密的に密閉する防水キャップと、を備え、前記金属ケースは、異なる外径の複数の段部を有し、前記光接続部から最も近接する溝部にＯリングが設けられ、前記Ｏリングが前記防水キャップの内面と全周にわたって接触することを特徴とする。

また、本発明にかかる光送受信ユニットは、上記発明において、前記Ｏリングの外径は、前記防水キャップの内径および他の複数の段部の外径より大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかる光送受信ユニットは、上記発明において、前記防水キャップは、開口端側に接続される基板への接続部を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる光送受信ユニットは、上記発明において前記防水キャップは、高さ方向に沿って分割された２つの本体部を組み合わせてなることを特徴とする。

本発明によれば、金属ケースの異なる外径の複数の段部のうち、光接続部から最も近接する段部を最大径とし、光接続部に被せた防水キャップの内面に前記近接する段部を全州にわたって接触させることにより、内視鏡等に使用された場合であって、前記内視鏡が破損等を生じた場合にも、前記光接続部の水密性を確保できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す内視鏡システムで使用する防水キャップの斜視図である。 図３は、図１に示す内視鏡システムで使用する光送信モジュールの断面図である。 図４は、図３の光送信モジュールに図２の防水キャップを被せた光送信ユニットの断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる光送信ユニットの断面図である。 図６は、本発明の実施の形態３にかかる防水キャップを説明する図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる内視鏡システム１は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像して被検体内の画像信号を生成する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した画像信号に所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム１の各部を制御する処理装置３と、内視鏡２の照明光を生成する光源装置４と、処理装置３による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置５と、を備える。

内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部６と、挿入部６の基端部側であって術者が把持する操作部７と、操作部７より延伸する可撓性のユニバーサルコード８と、を備える。

挿入部６は、照明ファイバ（ライトガイドケーブル）、電気ケーブルおよび光ファイバ等を用いて実現される。挿入部６は、被検体内を撮像する撮像素子を内蔵した撮像部を有する先端部６ａと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部６ｂと、湾曲部６ｂの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部６ｃと、を有する。先端部６ａには、照明レンズを介して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処理具用チャンネルを連通する開口部６ｄおよび送気・送水用ノズル（図示せず）が設けられている。

操作部７は、湾曲部６ｂを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ７ａと、被検体の体腔内に生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部７ｂと、処理装置３、光源装置４、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部７ｃと、を有する。処置具挿入部７ｂから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部６先端の開口部６ｄから表出する。

ユニバーサルコード８は、照明ファイバ、電気ケーブルおよび光ファイバ等を用いて構成される。ユニバーサルコード８は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部がコネクタ８ａであり、他方の基端がコネクタ８ｂである。コネクタ８ａは、処理装置３のコネクタ３ａに対して着脱自在である。コネクタ８ｂは、光源装置４に対して着脱自在である。ユニバーサルコード８は、光源装置４から出射された照明光を、コネクタ８ｂ、操作部７および可撓管部６ｃを介して先端部６ａに伝播する。ユニバーサルコード８は、先端部６ａに備わる撮像部が撮像した画像信号を、後述する光送信ユニットにより処理装置３に伝送する。

処理装置３は、内視鏡２の先端部６ａの撮像部が撮像した被検体内の画像信号に対して、所定の画像処理を施す。処理装置３は、ユニバーサルコード８を介して内視鏡２の操作部７におけるスイッチ部７ｃから送信された各種の指示信号に基づいて、内視鏡システム１の各部を制御する。

光源装置４は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置４は、処理装置３の制御のもと、光源から光を発し、コネクタ８ｂおよびユニバーサルコード８の照明ファイバを介して接続された内視鏡２へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。

表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置５は、映像ケーブル５ａを介して処理装置３によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置５が表示する画像（体内画像）を見ながら内視鏡２を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および性状を判定することができる。

つぎに、図１で説明した内視鏡２において、撮像部が撮像した画像信号を処理装置に送信する光送信ユニットについて説明する。図２は、図１に示す内視鏡システムで使用する防水キャップの斜視図である。図３は、図１に示す内視鏡システムで使用する光送信モジュールの断面図である。図４は、図３の光送信モジュールに図２の防水キャップを被せた光送信ユニットの断面図である。

実施の形態１において、光送信ユニット１００は、光送信モジュール２０と、光送信モジュール２０に接続される光コネクタ３０と、光コネクタ３０と光送信モジュール２０との光接続部を水密的に密閉する防水キャップ１０と、を備える。光送信ユニット１００は、内視鏡２の操作部７、または挿入部６に配置され、ユニバーサルコード８内の光ファイバ３１を介して、画像信号を光電変換した光信号を処理装置３に伝送する。

防水キャップ１０は、図２に示すように、高さ方向の一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなす本体部１１と、開口部側に後述する光送信モジュール２０のフレキシブル基板２８に接続される接続部１２と、光ファイバ３１を挿通する穴部１３と、を備える。本体部１１は、開口部から底面まで略同径の円筒形状をなしている。

光送信モジュール２０は、フレキシブル基板２８と、フレキシブル基板２８にリード２７を介して実装される発光素子２１と、発光素子２１を格納する金属ケース２３と、を備える。撮像部が撮像した画像信号はフレキシブル基板２８を介して発光素子２１に送信され、光電変換されて発光部２２から光信号として出射される。発光部２２から出射された光信号は、透明ガラス体２４および集光用レンズ２５により集光される。金属ケース２３は、後述する光コネクタ３０のフェルール３２が挿通されるスリーブ２６を備える。また、フレキシブル基板２８には、防水キャップ１０の接続部１２を挿入する孔部２８ａが設けられる。接続部１２を孔部２８ａに挿入し、防水キャップ１０とフレキシブル基板２８とを接続することにより、リード２７を介したフレキシブル基板２８と発光素子２１との接続部の強度を向上することができる。接続部１２と孔部２８ａとの固定は、孔部２８ａより太径に形成した接続部１２を圧入することにより固定するほか、接着剤等により接着固定してもよい。

光コネクタ３０は、光ファイバ３１を保持するフェルール３２と、フェルール３２の一端に設けられるフランジ部３３と、を備える。略円柱状のフェルール３２内には、円柱形の軸方向の中心を貫通する微細孔３２ａが設けられ、微細孔３２ａに光ファイバ３１を挿通することにより、光コネクタ３０は光ファイバ３１を保持する。本明細書において、微細孔３２ａに挿通され、フェルール３２のスリーブ２６に挿入される側の端面（以後、「先端部」という）に露出する光ファイバ３１は、光接続部での光量損失を低減するために端面が研磨されている。フェルール３２と同心円の円柱状をなすフランジ部３３は、フェルール３２の先端部と反対側（以後、「基端部」という）の外周部に設けられる。

金属ケース２３の発光素子２１の収容部の外周部には、複数の段部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆおよび２３ｇが形成される。段部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆおよび２３ｇは、同心円状をなし、光送信モジュール２０と光コネクタ３０との光接続部、すなわち、集光用レンズ２５とフェルール３２との光接続部Ｃと最も近接する段部２３ａが、他の段部２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆおよび２３ｇより外径が大きく形成される。図４に示すように、外径が最も大きい段部２３ａは、防水キャップ１０の内面の全周にわたって接触し、光接続部Ｃの水密性を確保する防水手段として機能する。また、光接続部Ｃの水密性の確保のために、光ファイバ３１と、光ファイバ３１を挿通する穴部１３との間を接着剤等によりふさぐことが好ましい。あるいは、接着剤を使用せず、防水キャップ１０または光ファイバ３１の被覆の材料として熱可塑性の材料または紫外線により軟化する材料を使用し、穴部１３周辺を加熱または紫外線照射することにより、溶融固定してもよい。

本実施の形態１では、集光用レンズ２５とフェルール３２との光接続部Ｃの最も近接する段部２３ａが、防水手段として機能するが、光接続部Ｃと近接しない段部であっても、最大径とすることにより、防水手段として機能する。しかしながら、内視鏡２で使用される場合、金属ケース２３の外径はできるだけ小さくすることが好ましく、段部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆおよび２３ｇの外径差を大きくすることは設計上困難であるため、光接続部Ｃと近接しない段部を最大径として防水手段とした場合、段部２３ａ〜２３ｇの寸法公差によるばらつきが生じると、他の段部の防水キャップ１０との接触により水密が確保できないおそれがある。したがって、光接続部Ｃと最も近接する段部２３ａを最大径として、防水キャップ１０の内面の全周にわたって接触することにより水密を確保する防水手段とする。これにより、金属ケース２３の大型化を抑制しながら、確実に光接続部Ｃの水密性を確保することができる。

実施の形態１では、光送信ユニット１００、および光送信ユニット１００を備えた内視鏡システム１について説明したが、内視鏡システム１のいずれかに配置される、光信号を電気信号に変換する光受信ユニットにおいても、光送信ユニット１００と同様の構成とすることにより、光接続部の水密性を確保することができる。

また、実施の形態１では、防水キャップ１０は、開口部から底面まで略同径の円筒形状をなすものを使用しているが、これに限るものではなく、底面から開口部方向に径が大きくなるテーパ形状をなすものであってもよい。開口部側の径を大きくすることにより、防水手段となる段部２３ａ以外の段部２３ｂ〜２３ｇと、防水キャップ１０との接触の可能性が低減できる。防水キャッ１０プは、底面から開口部まで一律にテーパ形状をなすものであってもよいが、底面から防水手段となる段部２３ａとの接触部近傍までは同径の円筒形状であり、その後テーパをなすものが好ましい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光送信ユニットの断面図である。実施の形態２にかかる光送信ユニット１００Ａにおいて、防水手段は、光接続部Ｃから最も近接し連続する３つの段部２３ａ〜２３ｃにより構成される溝部２９と、溝部２９に設けられるＯリング３５とからなる点で実施の形態１と異なる。

溝部２９に設けられるＯリング３５は、外径が、防水キャップ１０の内径および他の段部２３ａ〜２３ｇの外径より大きいことが好ましい。Ｏリング３５の外径を防水キャップ１０の内径および他の段部２３ａ〜２３ｇの外径より大きくすることにより、Ｏリング３５のみが防水キャップ１０の内面に接触して、光接続部Ｃの水密を確保することができる。

実施の形態２の光送信ユニット１００Ａにおいて、防水キャップ１０は、開口部から底面まで略同径の円筒形状をなすものでも、底面から開口部方向に径が大きくなるテーパ形状をなすものであってもよい。また、内視鏡システム１のいずれかに配置される、光信号を電気信号に変換する光受信ユニットにおいても、光送信ユニット１００Ａと同様に、光接続部から最も近接し連続する３つの段部により構成される溝部と、前記溝部に設けられるＯリングとにより防水手段を構成することにより、光接続部の水密性を確保することができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３にかかる防水キャップを説明する図である。実施の形態３において、防水キャップ１０Ｂは、高さ方向に分割された２つの本体部１１ａおよび１１ｂを組合わせてなる。

防水キャップ１０Ｂは、光送信モジュールと光コネクタとを接続した状態で、本体部１１ａおよび１１ｂを上下方向からかぶせ合わせ、端面を接着剤により接着すればよい。あるいは、本体部１１ａおよび１１ｂを、熱可塑性の材料または紫外線により軟化する材料で形成し、接続部を加熱または紫外線照射することにより、溶融接続してもよい。防水キャップ１０Ｂを、２つに分割された本体部１１ａおよび１１ｂから構成することにより、光送信モジュールと光コネクタを取り付けた状態であっても防水キャップの装着が容易となる。

実施の形態３において、本体部１１ａおよび１１ｂを、防水手段が光接続部Ｃから最も近接する段部である光送信モジュール２０（実施の形態１）、または光接続部Ｃから最も近接し連続する３つの段部により構成される溝部と、前記溝部に設けられるＯリングとから防水手段を構成する光送信モジュール２０Ａ（実施の形態２）に被せて接続することにより、光接続部Ｃの水密性を確保することができる。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 処理装置
４ 光源装置
５ 表示装置
６ 挿入部
６ａ 先端部
６ｂ 湾曲部
６ｃ 可撓管部
６ｄ 開口部
７ 操作部
７ａ 湾曲ノブ
７ｂ 処置具挿入部
７ｃ スイッチ部
８ ユニバーサルコード
８ａ、８ｂ コネクタ
１０、１０Ｂ 防水キャップ
１１、１１ａ、１１ｂ 本体部
１２ 接続部
１３ 穴部
２０、２０Ａ 光送信モジュール
２１ 発光素子
２２ 発光部
２３ 金属ケース
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ 段部
２４ 透明ガラス体
２５ 集光用レンズ
２６ スリーブ
２７ リード
２８ フレキシブル基板
２９ 溝部
３０ 光コネクタ
３１ 光ファイバ
３２ フェルール
３２ａ 微細孔
３３ フランジ部
３５ Ｏリング
１００、１００Ａ 光送信ユニット

Claims (6)

1. 発光素子または受光素子と、前記発光素子または前記受光素子とを格納する金属ケースと、を有する光送受信モジュールと、
   光ファイバを保持するフェルールと、前記フェルールの一端に設けられるフランジ部と、を有し、前記フェルールが前記金属ケースのスリーブ内に挿通されることにより、前記光送受信モジュールに接続される光コネクタと、
   一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなし、前記光コネクタ側から被せて前記光コネクタと前記光送受信モジュールとの光接続部を水密的に密閉する防水キャップと、
   を備え、前記金属ケースは、異なる外径の複数の段部を有し、前記光接続部から最も近接する段部が、前記防水キャップの内面と全周にわたって接触することを特徴とする光送受信ユニット。
2. 前記光接続部から最も近接する段部の外径は、他の段部の外径より大きく、かつ、前記防水キャップの内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の光送受信ユニット。
3. 発光素子または受光素子と、前記発光素子または前記受光素子とを格納する金属ケースと、を有する光送受信モジュールと、
   光ファイバを保持するフェルールと、前記フェルールの一端に設けられるフランジ部と、を有し、前記フェルールが前記金属ケースのスリーブ内に挿通されることにより、前記光送受信モジュールに接続される光コネクタと、
   一端が開口し、他端が閉じた有底筒状体をなし、前記光コネクタ側から被せて前記光コネクタと前記光送受信モジュールとの光接続部を水密的に密閉する防水キャップと、
   を備え、前記金属ケースは、異なる外径の複数の段部を有し、前記光接続部から最も近接する溝部にＯリングが設けられ、前記Ｏリングが前記防水キャップの内面と全周にわたって接触することを特徴とする光送受信ユニット。
4. 前記Ｏリングの外径は、前記防水キャップの内径および他の複数の段部の外径より大きいことを特徴とする請求項３に記載の光送受信ユニット。
5. 前記防水キャップは、開口端側に接続される基板への接続部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光送受信ユニット。
6. 前記防水キャップは、高さ方向に沿って分割された２つの本体部を組み合わせてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光送受信ユニット。

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